“가뭄, 고온 등과 같은 문제를 더 잘 견딜 수 있는 새로운 식물 품종을 개발하는 데 초점을 맞춘 엄청난 양의 연구가 진행되고 있다.”라고 노스캐롤라이나 주립대학교의 전기 및 컴퓨터 공학 교수이자 식물 현상학 논문의 공동 저자인 마이클 쿠데노프(Michael Kudenov)는 말한다.

“이러한 연구자 중 다수는 식물 잎의 색상을 캡처하는 센서를 사용하여 작업에 매우 중요한 식물 건강을 평가한다. 이러한 센서는 일부 재배자와 작물 컨설턴트가 작물 건강을 평가하는 데에도 사용된다. 그러나 연구자, 재배자 또는 작물 컨설턴트가 들판에서 작물을 작업할 때 햇빛은 잎 색상을 정확하게 포착하는 센서의 능력에 영향을 미칠 수 있다. 특히 눈부심으로 인해 센서가 작동하지 않을 수 있다.

쿠데노프는 "우리의 목표는 햇빛의 눈부심이 센서가 식물 잎의 색상을 캡처하는 방식을 변화시킬 수 있는 방식을 사용자가 더 쉽게 설명할 수 있는 소프트웨어를 개발하는 것이었다."라고 말한다. “눈부심을 설명하는 이전 도구는 매우 복잡했고 많은 계산 능력이 필요했다. 우리의 접근 방식은 훨씬 덜 복잡하다.”

여기서 이해해야 할 핵심 아이디어는 양극화이다. 빛을 파동으로 생각하면 파장이 다양한 평면을 따라 진동하는 것이 가능하다. 빛이 편광되면 빛이 같은 평면에서 진동한다는 의미이다. 밝은 날에 물 속을 들여다보려고 시도했다면 아마도 태양의 눈부심으로 인해 물 표면 아래를 보기가 어렵다는 것을 알아차렸을 것이다. 편광 선글라스를 착용하면 눈부심이 효과적으로 사라져 수면 아래를 볼 수 있다.

"우리가 개발한 소프트웨어는 본질적으로 눈부심에 관계없이 나뭇잎의 색상을 정확하게 포착하기 위해 존재하는 모든 편광 문제를 설명할 수 있는 믿을 수 없을 만큼 역동적인 편광 선글라스처럼 작동한다."라고 제1저자이자 박사과정 학생인 다니엘 크레프트(Daniel Krafft)는 말한다.

새로운 도구의 작동 방식은 다음과 같다. 센서가 나뭇잎 사진을 찍으면 색상을 캡처할 뿐만 아니라 빛의 편광 정도도 측정할 수 있다. 새로운 소프트웨어는 두 가지 변수, 즉 센서가 인식하는 색상과 사진에서 가장 어두운 빛의 파장이 얼마나 편광되는지를 기반으로 나뭇잎의 실제 색상을 추정한다.

새로운 도구를 평가하기 위해 연구원들은 정확한 색상을 알고 있는 나뭇잎을 측정할 때 새로운 소프트웨어가 있는 센서와 없는 센서의 성능을 비교하는 개념 증명 테스트를 수행했다. 그들은 새로운 소프트웨어가 매우 잘 작동한다는 것을 발견했다.

쿠데노프는 “새 소프트웨어는 눈부심이 많을 때 오류의 규모를 10배나 줄였다.”라고 말한다. “예를 들어, 새 소프트웨어를 사용하여 센서로 기록한 색상이 3% 어긋나면 소프트웨어 없이 센서로 기록한 색상은 30% 어긋났다. 그리고 눈부심이 많지 않으면 소프트웨어가 그렇게 많은 작업을 수행할 필요가 없으므로 두 센서 간의 차이가 덜 뚜렷해졌다.”

연구원들은 풀사이즈 초분광 편광 카메라를 사용하여 새로운 소프트웨어를 테스트했다. 다음 단계에는 새로운 소프트웨어를 보다 컴팩트한 시각 센서에 통합하고 드론과 같은 플랫폼에서 테스트하여 다양한 작물이 있는 실제 상황에서 어떻게 작동하는지 확인하는 것이 포함된다.

쿠데노프는 "궁극적으로 연구자와 재배자에게 실용적으로 사용할 수 있을 만큼 작고 저렴한 도구를 제공하고 싶다."라고 말한다.

국립과학재단과 국립식량농업연구소가 이 연구를 지원했다.

출처 : NC State